Vienkārša harmoniskā kustība pret periodisku kustību
Periodiskas kustības un vienkāršas harmoniskas kustības ir divi ļoti svarīgi kustību veidi fizikas izpētē. Vienkārša harmoniskā kustība ir labs modelis, lai izprastu sarežģītās periodiskās kustības. Šajā rakstā tiks paskaidrots, kas ir periodiskā kustība un vienkārša harmoniskā kustība, to pielietojums, līdzības un visbeidzot atšķirības.
Periodiska kustība
Periodisku kustību var uzskatīt par jebkuru kustību, kas atkārtojas noteiktā laika periodā. Planēta, kas riņķo ap sauli, ir periodiska kustība. Satelīts, kas riņķo ap Zemi, ir periodiska kustība, pat līdzsvara lodīšu komplekta kustība ir periodiska kustība. Lielākā daļa periodisko kustību, ar kurām mēs sastopamies, ir apļveida vai pusapaļas. Periodiskajai kustībai ir frekvence. Biežums nozīmē, cik “bieži” notikums notiek. Vienkāršības labad mēs ņemam frekvenci kā notikumus sekundē. Periodiskas kustības var būt vienmērīgas vai nevienmērīgas. Vienmērīgai periodiskai kustībai var būt vienmērīgs leņķiskais ātrums. Tādām funkcijām kā amplitūdas modulācija var būt divkārši. Tās ir periodiskas funkcijas, kas iekapsulētas citās periodiskajās funkcijās. Periodiskās kustības frekvences apgrieztā vērtība parāda laiku periodam. Vienkāršas harmoniskas kustības un slāpētās harmoniskās kustības arī ir periodiskas kustības.
Vienkārša harmoniska kustība
Vienkāršā harmoniskā kustība ir definēta kā kustība a=– (ω2) x formā, kur “a” ir paātrinājums un “x” ir nobīde no līdzsvara punkta. Termins ω ir konstante. Vienkāršai harmoniskai kustībai ir nepieciešams atjaunojošs spēks. Atjaunojošais spēks var būt atspere, gravitācijas spēks, magnētiskais spēks vai elektriskais spēks. Vienkārša harmoniskā svārstība neradīs nekādu enerģiju. Sistēmas kopējā mehāniskā enerģija tiek saglabāta. Ja saglabāšana netiek piemērota, sistēma būs slāpēta harmoniskā sistēma. Vienkāršām harmoniskām svārstībām ir daudz svarīgu pielietojumu. Svārsta pulkstenis ir viena no labākajām pieejamajām vienkāršajām harmoniku sistēmām. Var parādīt, ka svārstību periods nav atkarīgs no svārsta masas. Ja ārējie faktori, piemēram, gaisa pretestība, ietekmē kustību, tā galu galā tiks slāpēta un apstāsies. Reāla situācija vienmēr ir slāpētas svārstības. Atsperu masas sistēma ir arī labs piemērs vienkāršai harmoniskai svārstībai. Atsperes elastības radītais spēks šajā scenārijā darbojas kā atjaunojošais spēks. Vienkāršo harmonisko kustību var uzskatīt arī par apļveida kustības projekciju ar nemainīgu leņķisko ātrumu. Līdzsvara punktā sistēmas kinētiskā enerģija kļūst par maksimumu, un pagrieziena punktā potenciālā enerģija kļūst par maksimālo un kinētiskā enerģija kļūst par nulli.
Kāda ir atšķirība starp periodisko kustību un vienkāršu harmonisko kustību?
• Vienkārša harmoniskā kustība ir īpašs periodiskas kustības gadījums.
• Vienkāršai harmoniskai kustībai ir nepieciešams atjaunojošs spēks, taču var būt periodiskas kustības, neatjaunojot spēkus.
• Vienkārša harmoniskā kustība saglabā kopējo mehānisko enerģiju, taču periodiskai sistēmai tas nav obligāti jādara.
